土壤水分自動觀測站故障診斷與處理方法

陳 科,丁衛紅

(湖南省常德市氣象局,湖南 常德 415000)

土壤水分自動觀測站故障診斷與處理方法

陳 科,丁衛紅

(湖南省常德市氣象局,湖南 常德 415000)

土壤水分自動觀測站故障直接影響到對土壤墑情的分析和應用。通過對土壤水分自動觀測站故障診斷及故障排除的實例，整理出故障處理思路、方法和建議，并根據對多次故障的分析與排除的經驗，總結出典型的故障類型和解決方法，如：通訊模塊的檢測方法、采集器數據的讀取方法、傳感器的標定方法等等，以便更有效、更準確的進行故障診斷分析和故障排除。

土壤水分；故障診斷；思路；排除

1 引言

常德土壤水分自動觀測站于2010年完成建設并投入業務試運行，土壤水分自動觀測站設備采用的是中國華云氣象科技集團公司生產的DZN3型自動土壤水分站[1]，為插管型，采用頻域反射(FDR)測量技術，采樣頻率為1次/min。作物種類以棉花為主。共觀測8個土層：0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm、50～60 cm、70～80 cm、90～100 cm的土壤體積含水量[2]。土壤水分自動觀測站因故障導致數據缺失，將直接影響到對土壤墑情的分析和應用[3]。如何快速排除故障，需要設備維護人員具備清晰的故障分析思路和嫻熟的故障排除方法[4]。經過對設備結構及原理的了解和多次排除故障的經驗總結，得出一些故障分析思路和排除方法。

6月11日05時，站點開始出現無數據上傳的故障，設備維護人員在得知故障情況后，趕往現場查看并對故障進行診斷與處理。

2 故障診斷及處理過程

2.1 故障現象

通過運行監控平臺顯示，該站從6月11日05時起，整點數據缺報。設備維護人員到現場打開采集箱，目測電源正常供電，通訊模塊3個指示燈，均為正常顯示狀態(net指示燈常亮，data指示偶爾閃爍，PWR指示燈5～8 s閃爍一次)。

圖1 串口調試小助手主界面Fig.1 serial debugging assistant main interface

2.2 診斷及處理過程

根據對通訊模塊的目測結果分析，故障應該不在通訊模塊部分。維護人員通過筆記本及數據線連接到主采集器，利用串口調試軟件(如串口調試小助手或超級終端等)(圖1)，采用相關命令(RD/MD/LD)獲得當前每個層次的數據均為-3。通過查詢表1中顯示數據為-3的說明，初步判斷為采集器與傳感器之間的通訊存在故障。

采集器與傳感器之間的通訊涉及到采集器、串口隔離器、數據線、接口控制器等設備。維護人員根據“化整為零，順藤摸瓜”的指導思想，對相關組件逐一排查。先用萬用表判斷數據線有無斷裂的情況，經過使用萬用表通斷檔的測量，排除數據線存在故障的可能，再用“替換法”，先后對串口隔離器、采集器進行了替換(注意：替換組件之前均應斷開電源)，但故障依然存在，排除串口隔離器、采集器的故障可能性。這樣就只剩下接口控制器沒有排除了，于是初步判斷故障應該出在接口控制器，更換新的接口控制器后，再讀取采集器數據，這時每個層次的數據均顯示為-2。再查詢表1中顯示-2的說明，判斷可能是傳感器測量故障或標定有誤。于是我們開始對傳感器進行重新標定，但在標定時，我們發現經過標定后的標定值的HIGH值和LOW值均變為0了，標定不成功。這時我們根據表1對顯示數據為-2的原因說明判斷，估計是傳感器有故障。于是，我們計劃更換傳感器試試，首先，將90～100 cm的傳感器更換好，并設好跳線，再進行標定，這時標定值顯示正常，標定成功。然后將傳感器恢復，再讀取采集器數據，數據顯示正常。我們再把設備恢復成運行狀態，等到過整點5 min后，查詢運行監控平臺，顯示數據正常到報。至此，故障排除。

表1 RD/MD/LD命令中測試數據的顯示說明

3 思路整理

從故障的排除過程來看，這并不是一次單一的故障，而是一次綜合性的故障。對于這樣的故障，要求維護人員必須有一個清晰的思路：由表及里，由淺入深，化整為零，逐一排除直至找出故障根源。即首先目測設備是否有物理損壞的現象，檢查電源是否正常供電，設備指示燈是否正常顯示等等，從外觀不能直接判斷出來的故障，再使用相關工具及調試軟件做進一步的深入檢查，根據設備的工作原理及觀測數據的流向，化整為零，逐一排查，直至找出故障根源。

4 典型故障的排除方法

經過對多次故障的分析與排除，總結出典型的故障類型和解決方法，分述如下：

4.1 通訊模塊的檢測方法

通訊模塊(DTU)的作用是把采集到的數據傳輸到中心站。DZN3型自動土壤水分站使用的通訊模塊為宏電H7118型DTU。該型DTU通過串口與采集器相連。

通訊模塊的好壞直接影響數據的上傳，判斷通訊模塊的好壞，從提高維修效率角度，我們可以遵循由表及里的原則，即首先目測，根據DTU狀態指示燈的閃爍狀態可初步判斷出DTU拔號是否正常(PWR指示燈5～8 s閃爍一次為正常)；如果不正常，再用技術方法檢測通訊模塊。檢測方法為：將連接采集器和DTU的串口線接頭拔開，將連接宏電H7118通信模塊的那一個串口(黑色的帶孔)與筆記本串口連接。打開DTU參數配置工具軟件，將軟件中DTU設置頁“控制臺信息類型”改為1；然后關閉軟件，關閉設備，打開“串口調試助手”，開啟設備，串口調試助手會自動顯示DTU的撥號信息，從撥號信息中我們可以知道現場的信號強度，連接方式，撥號成功與否等信息，信息顯示只要出現：

CHL[0]->Send a heart packet.

CHL[0]->Get a msg: MSG_CHANNEL_CREATESOCKETOK

CHL[0]->Get a msg: MSG_CHANNEL_LOGONOK

CHL[0]->Get a msg: MSG_CHANNEL_OPENOK

CHL[0]->Get a heart packet.

的字樣，即表示DTU與中心站連接正常；顯示其他信息則表示子站與中心站的連接有問題。如果連接不正常，應做如下核查：參數配置是否正確；SIM卡是否欠費或損壞或存儲空間不足；信號強度是否太弱，天線是否有損壞痕跡；DTU自身故障。

4.2 采集器數據的讀取方法

用串口線一端連接采集器通訊端口COM1，另一端與電腦串口相連(如果電腦沒有串口，可用USB轉串口線連接)；然后利用串口調試程序，設置好相應的端口號等參數；再鍵入RD(返回實時數據)，或者MD(返回分鐘數據)，或者LD(返回當前時段的記錄數據)命令，查看終端上返回的數據。如果返回一些特殊值，可按表1說明進行針對性檢查。

4.3 傳感器的標定方法[5-6]

土壤水分傳感器在安裝前需要先進行現場標定。通過標定程序“IPConfig Utility”對接口控制器進行初始化設定。內容包括：①對接口控制器的地址設置；②對傳感器數量及測量層次的設置；③對測量場地的空氣及水的現場標定。所有的標定參數都存儲在接口控制器的存儲單元中，并且將這些信息提供給數據采集器。每個傳感器都能夠依照它獲得正確的土壤體積含水量。

5 小結

自動土壤水分站儀器故障的判斷、分析、處理不僅需要維護人員對設備的組成及工作原理有一定的了解，還需要有清晰的分析思路和較扎實的運行維護技能，及時準確判斷和排除故障需要做到如下幾點：

①熟練掌握自動土壤水分站的基本組成結構、工作原理及維護調試方法。

②對故障的分析遵循基本的原則和方法，保持清晰的思路，認真分析故障現象，逐一排查，直至找出故障點。

③發生故障后應及時向上級保障部門匯報，以便獲得技術支持。

④做好自動土壤水分站維修過程記錄，為今后故障的診斷與處理積累經驗和方法。

⑤準備充足的配件是及時排除故障的有力保障。

[1] 自動土壤水分觀測站DZN3型說明書[Z].北京:中國華云技術有限公司,2010.

[2] 中國氣象局綜合觀測司. 自動土壤水分觀測規范(試行)[S]. 北京: 氣象出版社，2010.

[3] 徐聯,申俊初,翟英濤.影響土壤水分觀測精確度的原因及觀測注意事項探討[J].貴州氣象,2011,35(4):52-53.

[4] 譚清波,劉朝英.土壤墑情觀測常見問題及排除經驗[J].貴州氣象,2007,31(5):40-41.

[5] 王黎明,張雪芬,周旭輝，等.FDR土壤水分傳感器原狀土壤標定方法研究[J].氣象科技,2016,44(3):347-353.

[6] 周旭輝,王黎明,王建波，等.FDR自動土壤水分數據標定問題及解決方法[J].氣象科技,2016,44(4):535-541.

FaultDiagnosisandTreatmentofSoilMoistureAutomaticObservationStation

CHEN Ke，DING Weihong

(Changde Meteorological Bureau，Changde 415000，China)

Fault of the soil moisture Automatic observation station directly affects the analysis and application of soil moisture. Through an example of the fault diagnosis and troubleshooting of the soil moisture automatic observation station, Sorting out the troubleshooting ideas, methods and recommendations, and according to the analysis of multiple fault and troubleshooting experience, the typical fault types and solutions were summed up, such as: the detection method of communication module, the reading method of data inside the collector, the sensor calibration method, etc. in order to make the fault diagnosis analysis and troubleshooting more effective and more accurate.

soil moisture; fault diagnosis;train of thought; eliminate

1003-6598(2017)05-0076-03

2016-12-19

陳科(1981-)，男，工程師，主要從事裝備保障工作，E-mail:sekk_2010@126.com。

P415.1+2

B